(57)【要約】【課題】ロケットエンジンに使用する低減利得推力制御弁を提供する。【解決手段】ロケットエンジンに使用するための低減利得推力制御弁１０は、流体入口を有するハウジング１２と、制御弁１０の流体出力を制御するピストン・シリンダユニット１４と、を備える。流体入口は、ハウジング１２に形成された少なくとも一つの計量要素３０によって形成される。この少なくとも一つの計量要素３０は、向上した制御安定性を実現する矩形部分３２と、エンジン始動の過渡段階において推力を制御するＴ字形・スロット部分３４と、保持器３８を収容する固定タービンバイパス部分３６と、を備える。保持器３８は、再現性のある固定されたバイパス流れの計量を実現するように少なくとも一つの流路５４を組み込んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロケットエンジンに使用する低減利得推力制御弁であって、
流体入口を有するハウジングと、
制御弁の流体出力を制御するピストン・シリンダユニットと、
を備えており、
流体入口は、ハウジングに形成された少なくとも一つの計量要素を含み、
この少なくとも一つの計量要素は、向上した制御安定性を実現する第一の手段と、エンジン始動の過渡段階において推力を制御する第二の手段と、保持器を収容する第三の手段と、を備えており、
前記第三の手段は、固定タービンバイパス部分を含み、
固定タービンバイパス部分は、通常覆われず、エンジンの変動に対してエンジンを補償するのに使用される、
ことを特徴とする低減利得推力制御弁。
【請求項２】
前記少なくとも一つの計量要素は、前記ハウジングに機械加工されることを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項３】
前記ハウジングは、ハウジングに機械加工された複数の前記計量要素を備えることを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項４】
前記第一の手段は、矩形部分を含むことを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項５】
前記第二の手段は、Ｔ字形・スロット部分を含むことを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項６】
前記ハウジングは、開口部を有し、前記保持器は、この開口部内に配置されており、
前記保持器は、その内部に少なくとも一つの流路を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項７】
ピストン・シリンダユニットは、ハウジングに対して軸方向に移動するピストンとシリンダとを備えることを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項８】
ピストン・シリンダユニットは、前記少なくとも一つの計量要素の第一の手段と第二の手段とを覆ったりまた露出させたりすることを特徴とする請求項１記載の低減利得推力制御弁。
【請求項９】
エンジン用の低減利得推力制御弁に使用する計量要素であって、
エンジンのための定常状態作動範囲と、制御安定性の限界と、を与える矩形部分と、
エンジン始動の過渡的な間に推力を制御するＴ字形・スロット部分と、
固定タービンバイパス部分と、
を備えており、
固定タービンバイパス部分は、再現性のある固定されたバイパス流れの計量を実現するように少なくとも一つの流路を有する保持器を収容することを特徴とする計量要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力エキスパンダーサイクルロケットエンジンにおいて使用するための低減利得推力制御弁に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００１年１２月２１日に出願されたアヴァンパト（Ａｖａｍｐａｔｏ）らの「低減利得推力制御弁（ＲＥＤＵＣＥＤ  ＧＡＩＮ  ＴＨＲＵＳＴ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＶＡＬＶＥ）」という名称の米国特許出願番号第１０／０２６，３２２号の一部継続出願である。
【背景技術】
【０００３】
ロケットエンジンに使用される現在の推力制御弁は、全ての作動条件において振動特性を示す。さらに、これらの推力制御弁は、タービンに固定された（ｆｉｘｅｄ）バイパス流れの計量の制御に再現性がないことを示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような既存の推力制御弁を使用するロケットエンジンは、制御振動の振幅が大きい、１Ｅ振動レベル（１Ｅ  ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ｌｅｖｅｌ）が高い、さらには、固定された（ｆｉｘｅｄ）タービンバイパスの流量の調整を意図してハードウェアを変更すると結果が首尾一貫しない、などによって不合格になりやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明の目的は、ロケットエンジンに使用するための改良された低減利得推力制御弁を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、制御振動を除去し、１Ｅ振動レベルを低減し、さらに、内部ターボ機械装置摩耗機構（ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙ  ｗｅａｒ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）の苛酷さを低減する、低減利得推力制御弁を提供することである。
【０００７】
上述した目的は、本発明の低減利得推力制御弁によって達成される。
【０００８】
本発明に従って、ロケットエンジンに使用するための低減利得推力制御弁は、大まかに、流体入口を有するハウジングと、ハウジング内の制御弁からの流体出力を制御するピストン・シリンダユニットと、を備える。流体入口は、ハウジングに形成された少なくとも一つの計量要素を含む。各計量要素は、向上した制御安定性を実現する第一の手段と、エンジン始動の過渡段階において推力を制御する第二の手段と、類別保持器（ｃｌａｓｓｅｄ  ｒｅｔａｉｎｅｒ）を収容する第三の手段と、を備える。
【０００９】
本発明の低減利得推力制御弁の他の詳細、他の目的およびそれに付随する利点は、以下の詳細な説明、および同様の参照符号が同様の部材を示している添付の図面において述べられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図面を参照すると、図１〜図３は、本発明に従う低減利得推力制御弁１０を例示する。推力制御弁１０は、ハウジング１２と、このハウジング１２内のピストン・シリンダユニット１４とを有する。ピストン・シリンダユニット１４は、ハウジング１２の内面１６に沿って軸方向に一体として移動する。ピストン・シリンダユニット１４は、ピストン２４とシリンダ１５とを含む。シリンダ１５は好ましくは、ハウジング１２内にシールされるすべりばめを有する。
【００１１】
図１および図２を参照すると、ハウジング１２は、ハウジング１２内に機械加工または形成された複数の計量要素３０を有する。ハウジング１２を取り囲むタービン入口圧力ポート２９を介して計量要素３０に流体が供給される。ピストン・シリンダユニット１４が軸方向に移動するので、ピストン・シリンダユニット１４は、エンジンの要求条件に応じて、計量要素３０を露出させたり覆ったりする。
【００１２】
また、ハウジング１２は、計測および同様のものなどのために使用できる複数のポート２２を有する。図３に示すように、各計量要素３０は、入口ポート２２の一つから６０度の角度ずれている。
【００１３】
ここで、図４を参照すると、各計量要素３０は、制御安定性の向上を実現するための矩形部分３２を含む。矩形部分３２は、全ての型式の高出力ロケットエンジンのための十分な定常状態作動範囲（ｓｔｅａｄｙ  ｓｔａｔｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｒａｎｇｅ）と、制御安定性の限界（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｍａｒｇｉｎ）とを与えるような、構成および寸法とされている。
【００１４】
各計量要素３０はさらに、Ｔ字形・スロット部分３４を備える。この部分は、エンジン始動の過渡的な間に、推力を制御する。また、各計量要素３０は、保持器３８を収容する固定タービンバイパス部分３６を有し、この保持器３８は、再現性のある固定された（すなわち一定の）バイパス流れの計量を実現するための制御オリフィス４０と、内部に少なくとも一つの流路５４とを有する。一つまたは複数の流路５４は、図１に示すように流体をエンジンハウジングポートに導く。
【００１５】
推力制御弁１０に使用される保持器３８は、図５に例示する。保持器３８は、その側壁４２に機械加工された複数の制御オリフィス４０を備える。保持器３８内に存在する制御オリフィス４０の数は、ハウジング１２内の計量要素３０の数に等しい。各オリフィス４０は、それぞれの固定タービンバイパス部分３６と協同する。保持器３８は、当業技術内で知られるどのような適切な手段を用いても、ハウジング１２の開口端部５２内に取り付けることができる。例えば、保持器３８は、固定された差し込みピン方法（ｆｉｘｅｄ  ｂａｙｏｎｅｔ  ａｐｐｒｏａｃｈ）を用いてハウジング１２に取り付けることができ、この方法では、保持器３８は、ハウジング１２内の位置内にばね付勢されかつ捩り込まれる。さまざまなオリフィス４０を有するさまざまな保持器３８を、さまざまな種類のロケットエンジンのために使用することができ、よって、保持器は、類別保持器と呼ぶことができる。
【００１６】
作動中、ピストン・シリンダユニット１５は、空気により駆動され、ピストン・シリンダユニット１５が計量要素３０の矩形部分３２およびＴ字形・スロット部分３４のそれぞれを完全におよび／または部分的に覆う初期位置の間を移動する。次いでピストン・シリンダユニット１５は、軸方向に移動して、ピストン・シリンダユニット１５の位置に応じて、Ｔ字形・スロット部分３４および矩形部分３２を完全にまたは部分的に開にすることができる。計量要素３０に流入する流体の量は、ハウジング１２内のピストン・シリンダユニット１５の位置に依存する。
【００１７】
弁１０が開のとき、弁１０は、それが取り付けてあるタービン（図示せず）周りに流れ（出力（ｐｏｗｅｒ））を迂回させる。弁１０が完全に閉のとき、最大推力が発生する。１００％の出力（ｐｏｗｅｒ）において、ピストン・シリンダユニット１５の位置は、計量要素３０の垂直の矩形部分内に調整される。計量要素３０の矩形部分３２は、始動時にのみ覆われず、この非常に速い過渡的条件を制御する非常に大きな制御権限（ａｕｔｈｏｒｉｔｙ）を与える。計量要素３０の固定タービンバイパス３６は、通常覆われず、エンジンの変動に対してエンジンを補償するのに使用される。
【００１８】
上述した説明から理解できるように、本発明の推力制御弁は、多数の計量要素の特徴を組み込んでいて、これらの特徴によって、高出力エキスパンダーサイクルロケットエンジンの制御および作動特性が大幅に改善することになる。各計量要素３０の設計によって、作動条件の全ての組み合わせにおける安定した制御作動、固定されたタービンバイパス流れの計量の正確な制御、および全ての作動条件における許容される始動過渡制御が得られる。本発明の計量要素は、制御振動を除去し、１Ｅ振動レベルを低減し、さらに、内部ターボ機械装置摩耗機構の苛酷さを低減し、それによって、エキスパンダーサイクル制御、エンジン品質、および生産性が向上する。
【００１９】
ハウジング１２内に三つの計量要素３０があるのが好ましいが、所望ならば、二つ以下または四つ以上の計量要素３０があってもよい。
【００２０】
本発明に従って、上述した目的、手段、利点を十分に満足する低減利得推力制御弁が提供されたことは、明らかである。本発明は、その具体的実施態様の文脈において説明されたが、上述した説明を読んだ当業者には、他の代替物、変形物、変更物も明らかとなるであろう。従って、特許請求の範囲の広い範囲内に含まれるようなそのような、代替物、変形物、変更物が包含されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従う推力制御弁の側面図である。
【図２】保持器なしの本発明に従う推力制御弁のハウジングの断面図である。
【図３】本発明に従う推力制御弁の端面図である。
【図４】少なくとも一つの計量要素を有する図１の推力制御弁に使用されるハウジングの一部の側面図である。
【図５】図１の推力制御弁に使用される保持器の側面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０…低減利得推力制御弁
１２…ハウジング
１４…ピストン・シリンダユニット
１５…シリンダ
１６…内面
２２…入口ポート
２４…ピストン
２９…タービン入口圧力ポート
３０…計量要素
３２…矩形部分
３４…Ｔ字形・スロット部分
３６…固定タービンバイパス部分
３８…保持器
４０…制御オリフィス
４２…側壁
５２…開口端部
５４…流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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